我国建筑抗震设计规范的修订与启示

我国建筑抗震设计规范的修订与启示

0震害特征及规范修订的重要性在2008年5月12日的四川大地震中，地震区域内的不同时期设计建造的房屋和工程设施受到了考验。震害调查表明,经过抗震设防,特别是在1990年以后,按1989年颁布的GBJ11—89《建筑抗震设计规范》设计建造的建筑表现良好,即使在极震区实际烈度高出设防烈度3～4度(地震动强度超出预计的10倍)的情况下,除了极个别建筑物外,绝大多数建筑受到中等至严重破坏,但不倒塌,达到了“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准抗震设防目标;而此前的建筑物多数遭受严重破坏,直至倒塌。因此,认真研究震害特征,总结设计与施工中的问题,探讨《建筑抗震设计规范》的合理性,对于灾后恢复重建、建造更为抗震的建筑结构以及规范修订,都具有重要意义。面对如此严重的破坏,应该清醒地认识到,除了实际地震烈度高于预计的设防烈度、特殊的地震动衰减规律、地震波传播特征及地形反应等原因之外,建筑结构本身在设计和施工方面的缺陷,也是不能回避的原因。对此加以客观的、科学的分析,对解释和认识震害是十分必要的。在地震灾区对各类房屋建筑震害的调查发现,即便在同一地点,有的建筑损坏严重、甚至倒塌,有的较轻;在高烈度区,理论上抗震性能较好的钢筋混凝土框架结构却倒塌了,而抗震性能相对较差的砌体结构却“裂而不倒”;抗震设计要求钢筋混凝土框架结构的“梁铰机制”没有出现,而是出现了大量的“柱铰”;高层建筑剪力墙结构连梁的不同破坏形态;抗震缝设置带来的问题等等,都值得深思,并在规范修订工作中得到体现。本文回顾了我国建筑抗震设计规范发展的沿革,简要地介绍了在各个不同历史时期起着重要作用的三个版本抗震规范的主要内容和特点。1我国主要抗震设计规范的编制与颁布我国于1974年正式颁布的第一本工程抗震设计规范是TJ11—74《工业与民用建筑抗震设计规范》(试行)。在此之前,工程设计主要参考苏联的《地震区建筑抗震设计规范》。1959年和1964年,我国曾两次编制包括各类工程结构的《地震区建筑抗震设计规范》(草案),虽然未正式颁布,但对工程抗震设计仍起了一定的作用。以下是从1959年以来我国主要抗震设计规范编制和颁布大事记:1959年,《地震区建筑抗震设计规范》(草案),未颁布。1964年,《地震区建筑抗震设计规范》(草案),首次引入结构系数C折减结构的地震荷载,以弥补弹性理论计算结果与弹塑性结构客观实际之间的差距。未颁布。1974年,TJ11—74《工业与民用建筑抗震设计规范》(试行)(简称《74规范》),原国家建委批准颁布。1978年,TJ11—78《工业与民用建筑抗震设计规范》(简称《78规范》),国家建委批准颁布。1989年,GBJ11—89《建筑抗震设计规范》(简称《89规范》),建设部批准颁布,1990年开始实施,并于1993年作局部修订。2001年,GB50011—2001《建筑抗震设计规范》(简称《2001规范》),建设部和国家质检总局联合发布。于2008年5·12汶川地震后作了局部修订,成为GB50011—2001《建筑抗震设计规范》(2008版本)。2010年,GB50011—2010《建筑抗震设计规范》,目前已完成报批手续。2《97规范》至《2001规范》我国建筑抗震设计规范发展大体经历了三个阶段。如果以规范的版本划分,第一阶段以《78规范》为代表,第二阶段是《89规范》,第三阶段是《2001规范》。三个版本抗震规范既具有延续性,又不断丰富创新,反映了我国工程抗震科学技术和工程实践的发展和进步。2.1以《1979规范》为标志的建筑物震害综合规范对《1979规范》的加1976年唐山地震中,大量砖混结构和单层工业厂房遭受严重破坏。震后,大批科研和工程技术人员在灾区展开了全面的、有针对性的专题调查工作,在总结建筑震害基础上,对《74规范》进行了及时修订,形成了《78规范》。可以说,除了将《74规范》关于房屋建筑的设计烈度比地震基本烈度降低一度的规定提高为按基本烈度采用外,在设计原理和方法上,《78规范》与《74规范》没有原则差别,主要是将采用振型分解法计算结构地震荷载和内力的规定由附录移到正文,结构影响系数的划分更为详尽,并增加了较高的砖房设置构造柱等许多抗震构造措施的内容。(1)范围适用于全国7～9度设防区。(2)抗疲劳安装方案以基本烈度作为设计烈度(中震)的单水准抗震设防。(3)场地土液化判别对场地划分为抗震有利、不利和危险地段;场地土按岩土性状简单分为I,II,III三类。场地土液化判别,针对地下15m范围内饱和砂土,采用标准贯入试验,当标贯锤击数小于以下临界值时,可判为可液化土:Νcr=Ν0[1+0.125(ds-3)-0.05(dw-2)](1)Ncr=N0[1+0.125(ds−3)−0.05(dw−2)](1)(4)结构自振周期引入与场地土条件相关的加速度反应谱(地震影响系数α)来计算地震荷载;对应三类场地土给出由三条谱加速度曲线组成的设计反应谱,对应的反应谱曲线的拐点周期分别为0.2s、0.3s和0.7s,长周期部分的曲线以1/T的规律下降(T为结构自振周期)。地震影响系数α曲线如图1所示。考虑结构在地震作用下的弹塑性效应,采用结构影响系数C对弹性计算的地震荷载加以折减,结构底部剪力(即总水平地震力)为:Q0=Cα1W(2)Q0=Cα1W(2)(5)般容许应力法采用安全系数法或容许应力法进行抗震强度验算。采用安全系数法时,安全系数取不考虑地震荷载时数值的80%,但不小于1.1;采用容许应力法时,容许应力取不考虑地震荷载时数值的125%。可见,《78规范》采用的是单一安全系数的截面设计表达式。安全系数法和容许应力法基本上都是确定性的方法。由于不同结构的材料和受力特性不同,总安全系数K差异很大,经过折减的安全系数同样差异很大;材料强度的离散性也很大。这两种方法均无法考虑地震作用的随机性以及材料和构件强度的离散性,从而不能真实反映不同结构的抗震安全性。(6)构造柱结构的延性和整体性对砖房、钢筋混凝土框架房屋和厂房、土木房屋等提出了某些抗震构造措施。其中,对超过一定高度的多层砖房提出了构造柱的设计概念和详细的构造要求,与传统的圈梁相结合,形成对砖砌体加强约束,提高了砌体结构的延性和整体性。构造柱可以说是一个创造性的、具有中国特色的工程抗震技术,以较少的代价,取得提高砌体结构的抗震能力的显著效果,是价格低廉而又行之有效的抗震结构形式,构造柱与圈梁形成约束砌体结构一直沿用至今。2.2我国与外国的抗震设计规范的制定和修订《89规范》可视为我国规范发展第二阶段的代表,于1990年开始实施,《78规范》继续过渡3年后废止;过渡期结束时在1993年作了局部修订。1976年唐山地震以后,全国的高校、科研、设计单位在地震工程各个领域,尤其是各类建筑结构和生命工程设施的抗震开展了广泛深入的研究。国家地震工作主管和建设行政主管部门着手安排对《中国地震烈度区划图》和《78规范》的修订。经过10多年的努力,我国的地震工程和工程抗震科学技术取得了长足的进步。继唐山地震以后,在我国又发生了江苏溧阳、云南澜沧-耿马、丽江等6级以上的多次地震,造成了各类建筑和工程设施的震害和重大经济损失,同时也提供了新的建筑抗震经验,检验了《78规范》。在此期间,世界各国的抗震设计规范发展迅速,抗震设计方法不断得到改进。如美国应用技术委员会(ATC3)、欧洲混凝土协会和国际预应力协会(CEB-FIP)、日本和前苏联等国家相继颁布了新的抗震设计规范,1980年第七届世界地震工程会议收集汇编了31个国家的抗震设计规范。改革开放使我国的工程技术人员有机会与国际同行开展交流,了解和学习国外的先进经验。《78规范》历经11年的实施,在建筑抗震设计方面积累了丰富的经验。对《78规范》的修订工作具有十分重要的意义,使《89规范》较《78规范》在许多方面得到改进。(1)各区地震概况和环境分析适用于全国6～9度设防区。将抗震设防区扩大到6度区是一项重大决策,使我国的抗震设防区占到大陆国土面积的60%。其中,6度区约占一半。20多年来在6度区发生了多次破坏性地震,实际烈度远远超过6度,甚至达到8、9度,人员伤亡和财产损失占到所有破坏性地震的90%以上。因此,在地震预报和地震区划的科学水平较低的现阶段,对6度区的建筑进行适当设防十分必要,土建造价增加不多,防震减灾的效果却非常明显。(2)小震、中震、大震的重现期由单水准设防过渡到三水准设防,提出了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标,小震、中震、大震的重现期分别为50年、475年、1641—2475年,对应的烈度差分别是1.55度(中震-小震)和约1度(大震-中震)。三水准设防原则的提出,标志着我国建筑抗震设计理论与实践基本与国际先进国家站到同一起跑线上。(3)场地土液化措施确定对场地划分为抗震有利、不利和危险地段,但是划分标准除岩土性状之外,还考虑地形地貌;场地类别分为I、II、III、IV四类,按场地土平均剪切波速和覆盖层厚度双参数确定,比仅按岩土种类划分更为科学。场地土的液化采用初判和再判的两步判别方法,考虑近震和远震条件下的液化可能性和危害性,适用于粉土和砂土两类土,并提出了比较具体的抗液化措施。再判采用标准贯入试验判别法,地下15m深度范围内液化土标贯锤击数临界值改为:Νcr=Ν0[0.9+0.1(ds-dw)]√3/ρc(3)Ncr=N0[0.9+0.1(ds−dw)]3/ρc−−−−√(3)对存在液化土层的地基,根据土层深度和厚度,以及标贯实测值和临界值计算液化指数,并划分液化等级(危害性)。(4)反应谱特性分析地震不是一种外加的荷载,而是在地震时由于结构自身惯性力所产生的响应(内力和变形),所以明确地震作用为间接作用,不再属于“荷载”的范畴。场地分类由三类变为四类,对应四类场地土、区分远震和近震,定义反应谱特征周期Tg,见表1。相应地给出由8条谱加速度曲线组成的设计反应谱(地震影响系数α),长周期部分(T>Tg)的曲线以(1/T)0.9的规律下降,最长周期定义至3.0s,如图2所示。地震影响系数曲线在长周期部分设定了下限值0.2αmax,对于周期大于3s的结构,其设计反应谱要求专门研究。(5)结构影响系数re结构抗震设计要求进行小震(多遇地震)作用下的截面抗震验算(包括承载力和变形验算)和大震(罕遇地震)作用下的抗倒塌变形验算,称之为两阶段抗震设计。第一阶段抗震设计,按照GBJ68—84《建筑结构设计统一标准》规定,采用基于概率可靠度理论的极限状态设计方法,取消结构影响系数C,而采用多遇烈度下的地震作用,即“小震作用”,相当于将《78规范》的设防烈度(中震)下地震作用乘于各类结构影响系数C的平均。应用不同荷载与地震作用效应组合的多系数表达式为:S=γGCGGE+γEhCEhEhk+γEvCEvEvk+ψwγwCwwk(4)S=γGCGGE+γEhCEhEhk+γEvCEvEvk+ψwγwCwwk(4)但是,由于各类结构原有的地震影响系数不同和各种构件的安全系数不同,导致各类结构和构件达到“小震不坏”设防目标时,其承载力极限状态的可靠度指标与非抗震设计时不同。为此,引入结构构件抗震承载力调整系数γRE反映这种差异,按式(5)确定。S≤R/γRE(5)S≤R/γRE(5)由此可见,虽然《78规范》是按“中震作用”进行抗震验算,但采用结构影响系数C对地震作用进行折减,相当于按比中震降低1～2度的地震进行承载力验算;而《89规范》则直接取“小震作用”(大约为“中震作用”的0.35倍,即降低1.55度)进行抗震验算,并采用适当反映不同材料结构延性的调整系数γRE,总体上保持了《78规范》各类结构的抗震安全度水准。这种变化在抗震设计理念上有明显的改进,又基本保持了抗震规范的延续性,并使结构抗震安全度略有提高。第一阶段抗震设计时,要求进行“小震作用”下的结构弹性层间变形验算,并提出结构弹性层间位移角限值。第二阶段抗震设计是为了达到“大震不倒”的设防目标,对位于高烈度区的甲类建筑和带薄弱部位的结构,《89规范》要求进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算,相应地提出了结构弹塑性位移角限值。《89规范》所提出的两阶段抗震设计是对《78规范》的重大修改,除了在强度验算时将确定性的设计方法改为基于概率可靠度的设计方法外,还增加了变形验算的内容。(6)结构抗震设计的时程分析方法除采用底部剪力法和振型分解反应谱法之外,对于特别不规则的和较高的高层建筑的抗震设计,要求采用时程分析法进行补充计算,同时对输入的地震加速度时程,即地震波的选择提出要求。(7)设计规范和规范有别于静力作用下的“计算设计”,增加“抗震概念设计”内容,形成独立的一章“抗震设计的基本要求”,对建设选址、建筑体型、结构体系(包括地震作用传力路径、多道抗震防线、结构承载能力、变形和耗能能力)、非结构构件以及材料和施工等作了具体规定。(8)要点和构造措施特别要指出的是,《89规范》对不同的结构类型,分别单列计算要点和构造措施。例如,砌体的受剪承载力验算、引入钢筋混凝土结构的抗震等级、柱轴压比等,在构件受弯、受剪承载力验算中为实现“强柱弱梁”、“强剪弱弯”和“强节点弱构件”所采用的内力调整系数等。(9)结构体系比较完整在《89规范》修订和实施期间,构筑物、水工、水运、铁路、公路、冶金、机械、煤炭、化工、石油、电力、电信和各类工业设备的抗震设计规范标准也相继进行修订并颁布实施,初步形成了比较完整的抗震设计标准体系。基本上,各类工程抗震设计规范在设防水准、基本原则、场地和地基、地震作用和抗震验算、构造措施等主要方面,基本借鉴了GBJ11—89《建筑抗震设计规范》的基本思路和规定。2.3震害单位及规范1997年7月开始对《89规范》进行修订,并于2001年4月完成报批。2001年7月20日建设部批准并与国家质量技术监督局联合颁布GB50011—2001《建筑抗震设计规范》,自2002年1月1日起施行。2001年2月2日,国家质量技术监督局颁布了GB18306—2001《中国地震动参数区划图》,于2001年8月1日实施,《2001规范》与该区划图配套实施。《2001规范》吸取了国内外大地震的震害经验。特别是1995年日本阪神地震和1999年台湾集集地震提供了大量钢筋混凝土和钢结构高层建筑的震害实例;1996年中国丽江地震中,按照规范设计建造或加固的砌体结构建筑损坏较轻,是对《89规范》最好的检验。在此期间,美国UBC和IBC、日本BSL和欧洲Eurocode8规范的修订也提供了诸多借鉴。(1)我国早期大地震大地震的主要做法维持《89规范》规定,适用于全国6～9度设防区。应该指出的是,自上世纪90年代以来,在我国6度发生的几次大地震中,未经抗震设防的农房和老旧建筑,大量破坏倒塌,而只要采取一定抗震措施的建筑物,震害都较轻。可见,对于6度区设防的决策是十分正确和必要的。(2)抗疲劳试验的标准和目标继续保持“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标。(3)场地土平均剪切波速改进场地分类方法的调整和改进,计算土层厚度取20m,尽量减小不同场地类别划分的“跳跃”,对断层的影响和避让及液化土的处理也作出相应的规定。场地类别仍分为I、II、III、IV四类,但场地土平均剪切波速改用等效剪切波速,物理意义更加明确;同时在波速和覆盖层厚度的边界附近(相差15%左右)允许采用插入法计算场地特征周期Tg。场地土液化判别增加了15～20m范围的标贯锤击数临界值:Νcr=Ν0(2.4-0.1dw)√3/ρc(6)Ncr=N0(2.4−0.1dw)3/ρc−−−−√(6)对于存在液化土层的地基同样进行液化等级(危害性)划分。(4)反应谱的确定和tg对分区和场地的影响新的GB18306—2001《中国地震动参数区划图不再使用地震烈度I的概念,也不再采用远震和近震区分,而采用三个地震分组定义特征周期值Tg。地震动参数用基本地震加速度Ag和特征周期Tg表示,分别给出两张区划图。但是为了规范的延续性和适应工程应用习惯,规范仍然引用抗震设防烈度I的概念。烈度I和设计基本地震加速度Ag存在一定的对应关系,见表2。表3则给出不同设计地震分组和四类场地所对应的特征周期。相应地给出地震影响系数曲线如图3所示。与《89规范》相比,《2001规范》有如下重要调整与补充:①设计反应谱周期延至6s。根据地震学研究和强震观测资料统计分析,在周期6s范围内,可给出比较可靠的数据,基本满足绝大多数高层建筑和长周期结构的抗震设计需要。对于周期大于6s的结构,抗震设计反应谱应进行专门研究。②理论上设计反应谱存在两个下降段,即速度控制段和位移控制段,在加速度反应谱中,前者衰减指数为1,后者衰减指数为2。设计反应谱是用来预估建筑结构在其设计基准期内可能经受的地震作用,通常根据大量实际地震记录的反应谱进行统计并结合工程经验判断加以规定。为保持规范的延续性,设计反应谱在T≤5Tg范围内与《89规范》相同,但取消了下限值0.2αmax,而把下平台改为倾斜段,使T>5Tg后的反应谱值有所下降,较符合实际地震加速度反应谱的统计规律。在T=6Tg附近,《2001规范》反应谱地震影响系数比《89规范》约增加15%,地震作用有所加大。③为了与新的地震动参数区划图接轨,应根据区划图特征周期分区和不同场地类别确定设计反应谱特征周期Tg,即特征周期不仅与场地类别有关,而且还与分区有关,同时反映了震级大小、震中距和场地条件的影响。Tg分组中的第一组、第二组、第三组大致反映了近、中、远震影响。为适当调整和提高结构的抗震安全度,各分区中I、II、III类场地的特征周期值较《89规范》约增大了0.05s。同理,罕遇地震作用时,特征周期Tg值也适当延长。该处理比较接近近年来得到的大量地震加速度资料的统计结果。④考虑到不同结构类型建筑的抗震设计需要,提供了阻尼调整系数,以阻尼比为0.05为标准,给出不同阻尼比(0.01～0.20)地震影响系数曲线。根据实际强震记录的统计分析结果,这种调整可分两段进行:在反应谱平台段(α=αmax),调整幅度最大;在反应谱上升段(T<Tg)和下降段(T>Tg),调整幅度变小;在曲线两端(0s和6s),不同阻尼比下的α系数趋向接近。表达四段曲线可以表达为:上升段:[0.45+10(η2-0.45)T]αmax水平段:η2αmax下降段:(Tg/T)γη2αmax倾斜段:[η20.2γ-η1(T-5Tg)]αmax(5)载力抗震调整系数维持两阶段抗震设计方法,小震作用下的截面抗震验算仍采用不同荷载与地震作用效应组合的多系数表达式和引用承载力抗震调整系数,只是符号按照GB50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》相应作了改变,如式(7)、(8)所示。S=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψwγwSwk(7)S≤R/γRE(8)S=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψwγwSwk(7)S≤R/γRE(8)(6)计算地震内力偏小的问题由于地震影响系数反映了加速度反应谱的特征,在长周期段下降很快,不能反映地震地面运动的速度和位移在结构上产生的地震作用,可能导致高层建筑和大跨度空间结构的计算地震内力偏小,需要对此进行控制和补偿。为此规定抗震验算时,结构任一楼层的水平地震剪力为:VEki>λnΣj=iGj(9)其中,最小地震剪力系数λ应按表4取值。(7)结构时程分析的范围对进行时程分析的结构高度有所提高(缩小了需要进行结构时程分析的范围),对输入地震加速度时程要求满足一定的数量和反应谱特征,以计算结构底部总剪力作为评估输入地震动合理性的标准。(8)结构计算机软件设计抗震概念设计某些规定,如建筑平面和立面不规则性的定义定量化,具有更强的可操作性。对于结构计算分析方法、计算机软件和计算模型等单列一节加以规定。对大震作用下的结构弹塑性计算分析,除动力时程分析法外,引入静力非线性(Push-over)方法。结构类型划分扩大适用范围,包括框架、框-墙、板柱-框架、板柱-墙、筒体和抗震墙等结构类型;重新制定了各种结构类型的抗震等级划分标准;进行构件截面抗震验算时的若干系数,如:强柱系数、框架梁端剪力增大系数、框架柱和抗震墙剪力增大系数等作了调整;在构造措施方面也有若干修改。结构高度限值适用范围有所调整,有条件地放宽了混凝土空心砌块结构和底部框架-抗震墙结构的高度限值;修改了水平配筋砖砌体的计算公式,在构造措施方面也有若干修改和补充。多层楼和高层楼的建筑新增了多层和高层钢结构房屋抗震设计内容。振动和消能衰减的设计新增了隔震和消能减震设计内容。3最新修订的建筑抗洪规范3.1弱梁设计问题按住房和城乡建设部建标77号文件通知,2007年7月对《2001规范》开始修订,2008年4月形成初稿。正准备在全国范围内征求意见时,2008年5月12日发生了汶川地震,修订工作暂时中断,编制组成员迅速进入灾区开展震害调查工作,取得大量的建筑破坏资料,为规范修订提供依据。汶川地震表明,严格按照《2001规范》进行设计、施工和使用的建筑,在遭遇比当地设防烈度高一度的地震作用下,没有出现倒塌破坏,有效地保护了人民的生命财产安全。汶川地震的经验再次表明,1976年唐山地震后,将房屋从6度开始抗震设防和按高于设防烈度一度的“大震”不倒塌的设防目标进行抗震设计的决策是正确的。但是震害资料也显示,建设规划选址应充分考虑地震断裂和次生地质影响,中、小学校舍和医院等重要建筑应提高抗震设防类别,各类结构的重要部位和薄弱部位、例如楼梯间等应予加强,结构防止连续倒塌和强柱弱梁设计问题应予重视等等。根据住房和城乡建设部落实国务院《汶川地震灾后恢复重建条例》的要求,在认真总结建筑震害经验的基础上,对《2001规范》作了应急的局部修订,于2008年7月30日颁布了GB50011—2001(2008版)《建筑抗震设计规范》。局部修订的修订内容有:(1)依据地震动参数区划图的局部修订,对四川、陕西、甘肃地震灾区的设防烈度予以变更;(2)增加山区场地建筑抗震设计的专门要求;(3)从概念设计的角度,提出建筑结构体系需要注意和改进之处;(4)提高楼梯间抗震安全性的对策;(5)抗震结构材料性能和施工要求的局部调整;(6)增加一定数量的强制性条文。在完成2008版局部修订之后,《2001规范》的修订工作步入正轨,认真吸取汶川地震的震害经验,按要求于2009年12月完成审查并报批。2008版和2009年修订基本延续了《2001规范》的主要抗震设计理念和方法,如:6度区设防要求、“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准设防基本原则和两阶段设计方法、小震作用下的截面抗震验算采用不同荷载与地震作用效应组合的多系数表达式和引用承载力抗震调整系数、以及对楼层最小地震剪力的控制等保持不变。此外,对场地分类和场地土液化判别、地震影响系数曲线作了微调;小震作用下的截面抗震验算增加了以竖向地震为主的效应组合工况;进一步细化了概念设计和各类结构抗震措施的内容;增加了大跨度屋盖建筑、地下建筑和钢支撑-混凝土框架和钢框架-混凝土筒体结构、钢筋混凝土框排架结构和多层钢结构厂房抗震设计内容;新增了对有专门要求的建筑进行抗震性能设计的要求,并提供了关于性能化设计的原则规定和参考指标。具体内容如下:①场地对于不利地段,如:河岸、坡脚等容易产生滑坡、塌方的地点建设,提出了避开要求严禁在危险地段建造甲、乙类的建筑,不应建造丙类建筑。对于发震断裂规定了建筑物的最小避让距离。如确有必要在避让距离内建造分散的、低于三层的丙、丁类建筑时,应提高一度采取抗震措施,并不得跨越断层线。②边坡设计山区建筑场地应设置符合抗震设防要求的边坡工程,并与边坡保留一定距离,避免次生地质灾害。③场地划分和液化判别进一步细化场地类别,区分波速vs>800m/s的“硬质岩石”和波速vs=500～800m/s的“软质岩石”,将I类场地分为I0和I1两个亚类。初勘阶段波速测试孔数量改为不少于3个。场地类别按表5划分。场地土液化判别时,选用对数形式来表示标贯锤击数临界值随深度的变化,并引进与设计地震分组相关的调整系数β。在地面下20m深度范围内,标准贯入锤击数临界值按式(10)计算。Νcr=Ν0β[ln(0.6ds+1.5)-0.1dw]√3/ρc(10)增补了8度(0.30g)和9度时饱和粉质粘土的震陷判别方法及相应的处理对策。3.2抗压设计的基本要求(1)施工规则对不规则的建筑应采取加强措施;特别不规则的建筑应进行专门研究和论证,采取特别的加强措施;严重不规则的建筑方案则不允许采用。(2)预安装结构的完整性装配式结构构件,例如混凝土预制板的楼、屋盖应从楼盖体系和连接构造上采取措施,保证结构的整体性。(3)木柱结构的整体设计汶川地震中,由于楼梯间倒塌破坏,人员伤亡严重。因此,结构整体计算中应考虑楼梯构件的影响,以及楼梯构件本身的地震作用效应,防止楼梯构件破坏倒塌;同时应加强楼梯间填充墙的连接构造,防止墙体塌落。楼梯间应设计成为“安全岛”。(4)海防接头建筑物是否设置防震缝,应根据建筑布置的不规则程度和特点确定。如果设置,应留有足够宽度,防止地震时碰撞,引起结构主体破坏。(5)非结构组成充分估计框架结构围护墙和隔墙对结构主体可能产生的不利影响,加强构造措施,避免墙体倒塌。3.3地震作用与结构地震试验(1)地震影响系数特征周期i0仍按GB18306—2001《中国地震动参数区划图》所定义的基本地震加速度Ag和三个设计地震分组定义的特征周期值Tg确定地震动参数。为配合建筑抗震性能设计,补充了对应于设防烈度(中震)的地震动参数。还补充规定6度罕遇地震影响系数最大值取0.28、设计地震加速度峰值取125cm/s2。增加了6度设防的要求,包括:6度区的不规则结构也应计算地震作用;6度最小地震剪力系数,当结构扭转效应明显或基本周期小于3.5s时取0.010,当周期大于5.0s时取0.008。由于场地分类的变化,相应的增设了地震影响系数特征周期I0,见表6。地震影响系数的骨架曲线仍保持四段不变,但是形状参数有所变化,阻尼调整系数也有所改变,其中直线上升段为:[0.45+10(η2-0.45)Τ]αmax(0<Τ≤0.1s)(11)水平段为:η2αmax(0.1s<Τ≤Τg)(12)曲线下降段为:(Τg/Τ)γη2αmax(Τg<Τ≤5Τg)(13)直线下降段为:[η20.2γ-η1(Τ-5Τg)]αmax(5Τg<Τ≤6.0s)(14)曲线下降段的衰减指数γ与阻尼比ζ相关,按式(15)确定。γ=0.9+0.05-ζ0.3+6ζ(15)直线下降段的斜率调整系数η1按式(16)确定。η1=0.02+0.05-ζ4+32ζ(16)阻尼调整系数η2按式(17)确定。η2=1+0.05-ζ0.08+1.6ζ(17)计算式的调整目的,是为了避免不同阻尼比的地震影响系数曲线在周期5s以后交叉,以及阻尼比为0.25时直线下降段变为直线上升段而硬性规定取水平段的问题。由于本次修订新纳入了大跨度屋盖和地下建筑的内容。特别规定,对于平面投影尺寸很大的空间结构,应根据结构形式和支承条件,分别按单点一致、多点、多向或多向多点输入地震作用进行验算,多点输入时应考虑地震行波效应和局部场地效应。对于地下建筑地震作用的取值,原则上低于地面建筑,基岩处取一半,随深度插值。(2)小震作用下的截面抗震验算结构抗震验算仍维持“小震作用”下的截面抗震验算、变形验算和“大震作用”下的弹塑性变形验算的两阶段设计方法和计算公式。但在小震作用下的截面抗震验算时,增加了以竖向地震作用为主工况,其地震作用分项系数分别取αh=0.5和αv=1.3。钢结构构件承载力验算时,承载力抗震调整系数γRE的取值分别为:强度破坏验算取0.75,屈曲稳定验算取0.80。3.4各种结构的抗疲劳设计3.4.1柱、墙结构的优化(1)增加了以结构高度24m作为钢筋混凝土结构的抗震等级划分的指标。补充了8度(0.30g)的最大适用高度。(2)提高了框架结构中框架柱的内力调整系数,见表7。(3)甲、乙类建筑不得采用单跨框架结构。(4)框架结构中框架柱的最小截面尺寸增加100mm、最小总配筋率比其他结构中的框架柱增加0.1%、最大轴压比减小0.05。(5)增加对框架和框架-抗震墙、板柱-抗震墙、筒体结构四级柱的轴压比要求。(6)柱体积配箍率计算时,可适当计入箍筋重叠的部分。(7)细化了抗震墙竖向和横向分布钢筋的直径和间距的要求,并要求在小震作用下不宜出现小偏心受拉。(8)抗震墙设置约束边缘构件的范围和配箍特征值按墙肢的轴压比确定,轴压比较小时,可适当减小配箍特征值。(9)对于框架与抗震墙组成的结构,区分三种情况:一般的框架-抗震墙结构,指墙体分配的倾覆力矩占总地震倾覆力矩的50%以上;框架占比例很小时属于抗震墙结构范畴;墙体占比例很小时属于框架结构范畴。(10)框架-筒体结构中,框架部分按刚度分配的最大楼层地震剪力,不宜小于结构总地震剪力的10%;当小于10%时,核心筒墙体承担的地震剪力需要适当加大,且框架承担的地震剪力不小于结构总地震剪力的15%。(11)适当放松了板柱-抗震墙结构的最大高度控制;当高度不大于12m时,不要求墙体承担全部地震作用。3.4.2加强和细化墙体设计(1)砌体结构总高度限值。从严控制6度时总高度限值;补充了7度(0.15g)和8度(0.30g)时的限值;调整了横墙较少房屋的限值,6、7度时的丙类建筑,采取加强措施后可与普通砖房具有相同的高度和层数。(2)墙体布置规则性。缩短了最大横墙间距;采取加强措施后,房屋局部尺寸可放松,但不得小于规定的80%,;控制纵向墙体的开洞面积;不应设转角窗等。(3)加强和细化了构造柱设置和构造要求,按2008年局部修订对砖房楼梯间的要求提高小砌块房屋楼梯间墙体设置芯柱的要求。(4)加强底框房屋的设计要求。仅允许在6度时,底层采用砌体抗震墙;仅允许在楼梯间附近的个别墙段上、下墙体不对齐而采用次梁托墙;增加了过渡层墙体的构造要求。(5)配筋小砌块房屋在抗震措施加强后,适用的最大高度有所放宽,也可用于9度设防;抗震墙墙体要求满灌;严格控制小砌块短肢墙的设计。3.4.3根据强度区分控制抗震等级(1)补充了7度(0.15g)和8度(0.30g)的最大适用高度。(2)新增抗震等级划分的规定,以50m为界,按设防类别、设防烈度和高度划分为四个抗震等级,规定相应的内力调整和构造要求。(3)按四个抗震等级提出内力增大系数,修改了钢结构构件的承载力抗震调整系数。(4)按四个抗震等级提出构件长细比、板件宽厚比等构造要求。(5)阻尼比按高度不同分别取0.02、0.03和0.04。当偏心支撑承担的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩50%时,阻尼比增加0.005。3.4.4纵向排架柱底部斜截面受剪验算(1)对钢筋混凝土柱厂房,增加了排架柱侧向受约束且剪跨比不大于2的排架柱柱顶的构造要求,以及当下柱柱间支撑的下节点位于基础顶面以上时,应对纵向排架柱柱底部进行斜截面受剪验算。(2)对钢结构厂房,增加了8、9度区应采用柱间支撑、调整屋盖支撑构造和构件长细比、加强屋盖支撑系统、防震缝宽度加大到不小于混凝土柱厂房缝宽的1.5倍、阻尼比可根据屋盖及围护墙类型取0.045～0.050、结构构件连接的承载力计算、按地震作用是否起控制作用确定板件宽厚比等具体规定。(3)对多层钢结构厂房,补充了结构布置、支撑布置、地震作用计算、构件和节点的抗震承载力验算以及抗震构造措施等规定。3.4.5确定了最小地震剪力及抗震性等专项规定(1)隔震减震设计不再限于8、9度设防区。(2)隔震设计不再要求隔震前结构的基本周期小于1.0s,但要求结构高宽比不大于4;允许隔震层设置于结构的下部。例如,大底盘裙房顶上的塔类结构也可在裙房顶设置隔震层进行隔震设计,但严格控制隔震层以下结构在大震作用下的弹塑性位移;隔震后所有楼层的水平地震剪力均应满足非隔震时最小地震剪力的规定;大震作用时严格控制橡胶隔